Cirugía más inteligente para niños con trastornos craneales
Las anomalías craneofaciales infantiles asociadas a la fusión prematura de los huesos del cráneo se engloban bajo el término craneosinostosis(se abrirá en una nueva ventana). Afectan a uno de cada mil setecientos recién nacidos y las consiguientes deformaciones craneales pueden provocar complicaciones de salud graves, como pérdida de la visión, retrasos en el neurodesarrollo y dificultades respiratorias. Los métodos quirúrgicos tradicionales pretenden remodelar el cráneo y aliviar la presión. Por lo general, esto implica el uso de dispositivos externos o internos. Sin embargo, predecir los resultados de estas cirugías sigue siendo un reto debido a la variabilidad de las propiedades óseas y a las interacciones biomecánicas complejas.
Modelos informáticos de alta precisión
El equipo del proyecto CAD4FACE, financiado por el CEI, se propuso desarrollar un marco computacional para simular estructuras craneofaciales infantiles y guiar la intervención quirúrgica en función del paciente. Un objetivo clave era comprender las propiedades biomecánicas de los huesos del cráneo en los niños nacidos con craneosinostosis. Para ello, el equipo de investigación recogió más de trescientas muestras óseas durante cirugías realizadas en el Great Ormond Street Hospital(se abrirá en una nueva ventana) de más de doscientos cincuenta niños. Estas muestras se sometieron a imagenología de alta resolución y a pruebas mecánicas para estudiar las propiedades estructurales y materiales de los huesos de los niños afectados. Los datos generados sirvieron de base a modelos informáticos que simulan la remodelación del cráneo tras la cirugía y predicen los resultados quirúrgicos específicos de cada paciente. En el entrenamiento del modelo, también se incluyeron datos retrospectivos de crecimiento de la cabeza procedentes de cirugías de craneoplastia. «Combinando imágenes de alta resolución con pruebas biomecánicas de muestras de cráneos pediátricos, hemos creado modelos que pueden simular la forma del cráneo posoperatorio con gran precisión», explica la investigadora principal, Silvia Schievano.
Innovaciones del equipo del proyecto
Varias de las herramientas de CAD4FACE están pasando de la investigación al uso clínico. Un avance notable fue el desarrollo de nuevos dispositivos craneofaciales fabricados con nitinol(se abrirá en una nueva ventana), una aleación con memoria de forma. Estos dispositivos, diseñados y optimizados mediante pruebas «in silico», proporcionan una fuerza continua y suave para remodelar el cráneo, lo que ofrece una alternativa menos brusca a las tecnologías convencionales de acero. En el proyecto también se proporcionó un modelo de aprendizaje automático entrenado en más de tres mil cirugías virtuales simuladas. Con esta herramienta de inteligencia artificial (IA) se pueden predecir los resultados quirúrgicos en tiempo real, lo que proporciona a los médicos un sistema rápido de apoyo a la toma de decisiones. «Hemos eliminado de la ecuación a los ingenieros y la carga computacional», subraya Schievano. «Los cirujanos pueden obtener información inmediata sobre cómo las diferentes opciones quirúrgicas podrían afectar a la forma de la cabeza, lo que permite una planificación más segura». Más allá de las simulaciones, el equipo de CAD4FACE ha sido pionero en la integración de la realidad virtual y aumentada (RV/RA) en la cirugía craneofacial. Estas herramientas permiten a los cirujanos planificar intervenciones a distancia, visualizar las evoluciones previstas e incluso proyectar planes quirúrgicos óptimos directamente en la cabeza del paciente durante las operaciones. La RV también se utiliza para mejorar la comunicación con las familias, lo que les permite visualizar la enfermedad de su hijo y los resultados esperados de una forma más accesible. Para el futuro, dice Schievano: «La integración de las tecnologías como la modelización computacional, el aprendizaje automático y las realidades extendidas está llamada a transformar la cirugía craneofacial, haciéndola más personalizada, segura y con mejores resultados. Esto es especialmente crucial para los niños nacidos con anomalías craneofaciales, en los que la precisión y el impacto a largo plazo son primordiales».
Puesta en práctica y perspectivas
Varias innovaciones llevadas a cabo en el proyecto han alcanzado la madurez traslacional y están listas para una traslación clínica más amplia. Las herramientas de RV/RA se utilizan en cursos de enseñanza y formación para apoyar la adopción de la planificación quirúrgica personalizada en toda Europa. El nuevo dispositivo de nitinol está en proceso de aprobación para el primer uso en niños, al tiempo que se está colaborando con socios industriales. De cara al futuro, el equipo tiene previsto ampliar los modelos de aprendizaje automático, explorar los dispositivos de nueva generación y seguir validando sus herramientas mediante ensayos clínicos. Con el proyecto CAD4FACE, esperan personalizar la cirugía craneofacial y mejorar la evolución clínica de los niños con craneosinostosis.
